CN105588514B - 一种t型电梯导轨阴阳榫自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统。包括计算机、运动控制板卡、两台伺服驱动器、两台伺服电机、两台二维激光传感器、数字I/O板卡和物流机构；其中：所述计算机与所述两台二维激光传感器相连，读取所述两台二维激光传感器的检测数据；所述两台二维激光传感器中，其中一台二维激光传感器分布在导轨阴榫端，用于获取导轨阴榫的检测数据，另一台二维激光传感器分布在导轨阳榫端，用于获取导轨阳榫的检测数据，所述物流机构17的用于输送和固定待检测的电梯导轨，并给计算机11发出待检测导轨到位信号。本发明用于对T型导轨阴榫和阳榫快速、可靠、自动地检测，并且将检测数据进行保存，实现信息化管理。

Description

一种T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统

技术领域

本发明涉及自动化检测物件尺寸领域，具体涉及一种T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统。

背景技术

整个电梯系统主要有八部分组成，包括：曳引系统，导向系统，轿厢，门系统，重量平衡系统，电力拖动系统，电气控制系统和安全保护系统。电梯导轨是电梯导向系统的重要组成部分，电梯的导向系统为电梯运动提供轨迹，并保证电梯的安全运行。整个导轨导向系统是由许多根导轨组成的，相邻的两根电梯导轨是将两端的阴榫和阳榫对接起来，并通过连接板以螺栓螺母固定在一起。导轨的阴榫和阳榫的尺寸影响着相邻两根导轨的间隙和台阶，对电梯的舒适性、稳定性和安全性有着很大的影响。

传统T型电梯导轨的阳榫和阴榫的检测方式主要依靠人工，使用千分表、塞块和一些其它自制测量工具来检测。这种方法不仅效率低，操作者的主观操作对测量结果影响较大；而且测量工具长期使用造成磨损，使测量结果存在误差；同时检测的结果没有记录，不能查询，导轨企业也无法给客户提供每根导轨阴榫和阳榫的尺寸信息以确保产品的质量。

近几年，利用激光检测技术对物体的尺寸、形状进行检测得到了快速的发展。激光检测技术以其高精度、高效率和非接触在线检测等优点，在工业检测领域中得到了广泛应用。目前，激光检测技术已经应用到导轨顶面和侧面的直线度检测，但导轨阴榫和阳榫的检测依旧依赖传统的人工检测方式。

本系统利用二维激光传感器作为检测元件对电梯导轨阴榫和阳榫进行检测，计算机实时地获取二维激光传感器阴榫和阳榫的检测数据，并将这些检测数据进行处理获取阴榫和阳榫的尺寸数据，根据获取的尺寸数据与导轨阴榫和阳榫的要求标准相比较，判断阴榫和阳榫是否合格，然后将合格的数据进行保存，便于以后查询和导出数据，并将不合格的导轨标示以便于重新修正。

发明内容

本发明提供一种T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统，用于对T型导轨阴榫和阳榫快速、可靠、自动地检测，并且将检测数据进行保存，实现信息化管理。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统，包括计算机、运动控制板卡、两台伺服驱动器、两台伺服电机、两台二维激光传感器、数字I/O板卡和物流机构；其中：

所述计算机与所述运动控制板卡相连，向所述运动控制板卡输出脉冲量，所述脉冲量决定二维激光传感器的移动距离；

所述运动控制板卡与所述两台伺服驱动器相连，将所述计算机输出的脉冲量转化为所述两台伺服驱动器的输入脉冲信号，同时接收所述两台伺服驱动器的反馈脉冲信号，以实现对所述伺服电机位置的精确控制；

所述两台伺服驱动器分别与所述两台伺服电机相连，将所述输入脉冲信号转换为所述两台伺服电机的输入电压信号，同时接收所述伺服电机的反馈脉冲信号并将脉冲信号发送给所述运动控制板卡；

所述两台伺服电机通过高精度丝杠分别与所述两台二维激光传感器相连，所述两台伺服电机带动所述两台二维激光传感器运动；

所述计算机与所述两台二维激光传感器通过Ethernet线缆相连，读取所述两台二维激光传感器的检测数据；所述两台二维激光传感器中，其中一台二维激光传感器分布在导轨阴榫端，用于获取导轨阴榫的检测数据，另一台二维激光传感器分布在导轨阳榫端，用于获取导轨阳榫的检测数据。

所述计算机与所述数字I/O板卡相连，读入和输出数字I/O信号；

所述数字I/O板卡与所述物流机构相连，读取所述物流机构的输入信号，同时给所述物流机构发出控制信号。

所述物流机构17的用于输送和固定待检测的电梯导轨，并给计算机11发出待检测导轨到位信号。

本发明提供的T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统，以计算机为中心，结合运动控制板卡、伺服驱动器、伺服电机组成系统的运动控制部分，当外部待检测的导轨到达检测位置后，物流机构获得待检测导轨到达检测位置的信号，并将待检测导轨到达检测位置的信号通过数字I/O板卡发送给计算机；然后计算机向运动控制板卡发出控制两台二维激光传感器到达各自指定位置所需的脉冲量，运动控制板卡将所述脉冲量转化为脉冲信号后分别给送给两台伺服驱动器，两台伺服驱动器根据所获取的脉冲信号分别控制相应伺服电机运动，两台伺服电机通过高精度丝杠分别带动相应的二维激光传感器移动到达指定位置；在伺服电机拖动二维激光传感器移动的过程中，计算机读取两台二维激光传感器分别采集的待检测导轨阴榫和阳榫的检测数据以及所述二维激光传感器当前的位置数据，并根据所述检测数据和位置数据，计算获得待检测导轨阴榫和阳榫的尺寸信息和垂直度，然后将所述计算获得的尺寸信息和垂直度与预先设定的判断标准进行比较，若所述计算获得的尺寸信息和垂直度符合所述预先设定的判断标准，则认为待检测导轨属于合格产品，保存所述计算获得的尺寸信息和垂直度，向物流机构发出导轨合格信号，物流机构将合格导轨输送到合格区；若所述计算获得的尺寸信息和垂直度不符合所述预先设定的判断标准，则认为待检测导轨属于不合格产品，向物流机构发出导轨不合格信号，物流机构将不合格导轨输送到不合格区以重新修整。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明在对T型导轨阴榫和阳榫进行检测时仅需进行简单的设置，就能实现系统的自动化运行，并且运行过程中无需人工干预和操作，由于使用了二维激光传感器、运动控制板卡、伺服驱动器和伺服电机等硬件设备，并采用了计算机技术、运动控制技术、激光传感器技术、数据库技术和计算机图形技术，本发明解决传统人工检测方式效率低，人为因素对测量结果影响较大和测量结果没有存档，不便于查询的缺点，实现检测的高效率、高可靠性和便于对检测结果进行信息化管理的优点。

附图说明

图1是本发明T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统组成框图。

图2是本发明中计算机包含的的功能模块组成图。

图3是本发明T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统工作流程图。

图4是待检测导轨阴榫和阳榫检测的尺寸示意图。

图5是导轨阳榫垂直度示意图。

图6是导轨阴榫垂直度示意图。

图7本发明中建立的检测坐标系示意图。

图8本发明中导轨位置倾斜时间里的坐标系示意图。

图9参考模具和导轨示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地介绍。

本发明T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统，实现对T型电梯导轨阴榫和阳榫快速、可靠、自动地检测，并且将检测数据进行保存，实现信息化管理。检测数据指标如图4、图5、图6中所示，包括：

导轨底部至导向面之间的连接部位的宽度c；

为安装连接板而设立的加工面到导轨顶面的高度h；

导轨导向面宽度k；

阴榫的宽度m₁；

阳榫的宽度m₂；

导向面的高度n；

阴榫的深度u₁；

阳榫的高度u₂；

阴榫和阳榫的垂直度误差t₁₀。

一、本发明系统的组成

如图1为本发明系统的组成。本发明包括：计算机11、运动控制板卡13、两台伺服驱动器14、两台伺服电机15、两台二维激光传感器12、数字I/O板卡16和物流机构17。其中，

计算机11是本发明系统的核心，用于协调其它各个部件之间的运行，处理数据，保存数据，显示检测结果，同时监控整个系统的运行状态。

两台二维激光传感器12分别通过高精度丝杠与两台伺服电机15相连，其中一台二维激光传感器12分布在导轨阴榫端，用于获取导轨阴榫的检测数据，另一台二维激光传感器12分布在导轨阳榫端，用于获取导轨阳榫的检测数据。

运动控制板卡13、伺服驱动器14和伺服电机15用于对二维激光传感器12的移动位置进行精确地控制和数据读取。

数字I/O板卡16用于读取物流机构17的输入信号和对物流机构17输出控制命令。

物流机构17的组成根据电梯导轨检测工业现场的不同而发生变化。一般主要包括PLC(可编程逻辑控制器)、触摸屏、接近开关、电磁铁、电机等一些工业现场需要的信号输入元件和输出控件。物流机构17是电梯导轨阴阳榫检测系统实现在工业现场自动化运行，满足工业生产流水线的关键环节。它的功能是根据工业现场的生产流程输送导轨，固定导轨位置，给计算机发出导轨到位信号，检测完毕后接收计算机发出的合格或不合格信号，并根据合格和不合格信号将导轨输送到合格区和不合格区。

二、计算机11包含的功能模块

如图2，显示了计算机11包含的功能模块，主要包括人机交互模块、通信模块、数据处理模块、数据存储模块以及其它辅助功能模块。

人机交互模块用于本发明检测系统运行状态的监控、测量结果的显示以及一些与系统的交互操作，如参数的设置、开始和停止系统的运行。

通信模块用于获取二维激光传感器12采集的待检测导轨阴榫和阳榫的检测数据，以及与物流机构17通信，主要包括数字信号的接收和控制信号的输出。

数据处理模块用于处理二维激光传感器12获取的检测数据以得到待检测导轨阴榫和阳榫的尺寸信息和垂直度误差。

数据存储模块用于将检测合格的导轨数据进行存储以便进行数据的查询等操作。辅助功能模块包括用户管理、数据导出、参数设置、数据查询、打印和报表生成。

三、使用本发明对待检测导轨阴榫和阳榫进行检测的过程

如图3所示，显示了使用本发明对待检测导轨阴榫和阳榫进行检测的过程，包括如下步骤：

第一步，根据当前待检测导轨的型号设置参数，即预先设定判断标准。设置的参数包括该型号导轨的标准尺寸和垂直度、导轨的编号等，用来判断测量结果和进行数据保存。

第二步，物流机构17输送加工完成的待检测导轨至检测位置后，物流机构17通过电磁铁等其他外部件将待检测导轨固定，以保证待检测导轨处于二维激光传感器12的检测范围内，然后，物流机构17通过数字I/O板卡16将待检测导轨到位信号传输给计算机11。

第三步，根据当前待检测导轨的型号，计算机11分别给两台伺服驱动器14发出二维激光传感器12到达指定位置所需的脉冲量，使两个二维激光传感器12分别获取导轨阴榫和阳榫的全部检测数据。

第四步，在两台二维激光传感器12移动的过程中，计算机11通过Ethernet线缆获取两台二维激光传感器12的检测数据。该检测数据包括二维激光传感器12发射到待测导轨阴榫和阳榫上的激光束上各点的横向坐标和纵向坐标，同时计算机11给运动控制板卡13发送指令，获取两台二维激光传感器12分别发射的激光束当前在待测导轨阴榫和阳榫上的位置。计算机11将所获取的二维激光传感器12的检测数据和位置数据进行保存，方便下一步处理。

第五步，根据上一步所获取的检测数据和位置建立三维坐标系，该坐标系由二维激光传感器12的检测数据的格式所确定，二维激光传感器12的检测数据中包含导轨阴榫和阳榫表面上各个点的坐标信息，根据各个点的坐标信息可以得到整个阴榫和阳榫在该坐标系下的三维模型。根据这些数据计算导轨阴榫和阳榫的尺寸，以及垂直度。

第六步，将测量的结果显示出来并判断待检测导轨是否合格。如果导轨的合格，则将数据保存起来，同时发送合格信号给物流机构；如果导轨的尺寸不合格，则发送不合格信号给物流机构17。

第7步，物流机构17根据所得到的合格或不合格信号将导轨输送走。合格，则输送到合格区；不合格，则输送到不合格区。整个检测过程结束，计算机11等待物流机构17将导轨输送走，然后返回进行第二步，进行下一个导轨的检测。

四、计算获得导轨阴榫和阳榫尺寸的方法

本发明系统功能的实现是计算机11通过获取二维激光传感器12在导轨阴榫和阳榫的检测数据和位置数据，建立导轨阴榫阳榫的三维坐标系，通过对所获取的数据进行处理完成的。获得导轨的阴榫和阳榫尺寸，包括以下几个步骤。首先，根据二维激光传感器12的检测数据的格式建立坐标系；然后，由计算机获取二维激光传感器12的检测数据和二维激光传感器12的位置数据；最后，计算机11对获取的前述数据进行处理以获得导轨阴榫和阳榫的尺寸。具体步骤如下：

第一步，建立坐标系。由二维激光传感器12的工作原理和检测数据的格式决定建立三维坐标系的必要性。二维激光传感器12发射一条直线激光束照射到待测导轨阴榫或阳榫上，通过接收激光在阴榫或阳榫上的反射，获得阴榫或阳榫上激光所照射直线上的位置深度和宽度信息。如图7，在二维激光传感器12的内部已将激光束的宽度和深度方向分别确定为三维坐标系的x方向和z方向。计算机11所获取导轨的检测数据格式就是阴榫或阳榫激光束上各个点的x坐标和z坐标。所以，使伺服电机15通过高精度丝杠带动二维激光传感器12沿着垂直于激光束的方向运动，并将其运动方向规定为y方向。如图7，x，y，z分别为建立的三维坐标系的各个方向。

第二步，获得数据。建立完三维坐标系，需要获取导轨的阴榫和阳榫部分在这个坐标系下的坐标。计算机11向二维激光传感器12发送指令，获得当前阴榫和阳榫上被激光束检测部分的数据，即导轨当前被测位置上各个点的x坐标和z坐标，如图7中激光束上各点的x坐标和z坐标。同时，计算机11通过向运动板卡13发送指令读取当前二维激光传感器12所在的位置，也即导轨阴榫和阳榫上当前被测位置的y坐标。从二维激光传感器12开始运动到运动结束，计算机11不断地获取导轨阴榫和阳榫在该坐标系下的坐标数据就能计算导轨阴榫和阳榫的尺寸。

第三步，对数据处理。上述坐标系当中，x轴、y轴和z轴之间相互垂直。理想情况下，如图7，导轨的顶面平行于坐标系中xoz平面，导向面平行于坐标系中xoy平面。此时，导轨阴榫和阳榫的尺寸可以根据所获取的二维激光传感器12的检测数据进行简单的处理获得。即获得每次检测数据中拐点位置的坐标，再对各个点进行坐标的加减就能得到导轨阴榫和阳榫的各部分尺寸。

但实际测量中，不仅导轨放置的位置会发生改变，并且导轨还会有绕x轴、y轴、z轴的旋转。此时导轨的顶面不一定平行于xoz平面，导向面也不一定平行于xoy平面。要想获得导轨各处的实际尺寸，必须要对检测的数据进行处理，来获取检测结果。如图8所示，x轴、y轴、z轴为二维激光传感器内部和其移动轨迹组成的坐标系，此时导轨的阳榫已经与系统的坐标系不相匹配，为了计算方便，需将其进行转换。转换后的坐标系个轴方向如图8中x’，y’，z’所示，其中x’方向，y’方向，z’方向。y’方向通过导轨导向面的边确定，z’方向垂直于阳榫平面，x’方向垂直于y’方向并在阳榫平面上。根据检测数据，可以拟合侧面的边以获取y’方向基向量也可以通过拟合该平面获得z’方向基向量根据y’方向基向量与z’方向基向量得到x’方向基向量

由已知x轴、y轴、z轴的基向量和x’方向、y’方向、z’方向的基向量 的关系：

根据上述的转换关系，可以得到坐标转换后各个点的坐标。

第四步，获得检测结果。根据步骤3，可以求取矩阵A的逆矩阵，然后计算转换后各个点的坐标，在转换后坐标系下，可以通过各个特征点计算导轨阴榫和阳榫的尺寸。

除了对所获取的坐标数据进行转换以得到导轨阴榫和阳榫的尺寸之外，还可以用以下步骤对导轨的尺寸数据进行求取：

第一步，如图8，根据二维激光传感器12的二维激光头一次扫描的数据获取导轨阳榫上各特征点的坐标A、B、C、D、E、F，由此可以得到向量和

第二步，根据求出的基向量分别求出向量在方向上的投影，在基向量上的投影，就可以得到所求尺寸中宽度和高度的大小。一个向量在另一个向量上投影的计算公式为：

根据该公式就可以求出导轨阴榫和阳榫的实际尺寸。

五、垂直度误差的检测

垂直度定义：以阴榫为例，如图6，被测直线应处于距离为t₁₀的两平行平面内，这两平行平面垂直于导轨的顶面，同时平行于导轨侧面中心面。为获得垂直度公差的准确检测，需要给二维激光传感器12添加确定导轨侧面中心面的外围基准。如图9所示，基准是一个标准的长方体，被检测导轨侧面紧贴在长方体的一个面上，被紧贴的面就作为导轨侧面中心面的平行面。根据垂直度误差的定义，可以将被测直线垂直度误差的检测限制在xoy平面投影内，即直线的垂直度误差为在xoy平面内包围该被检测直线的两平行直线之间的距离，该两条平行直线平行于基准长方体的竖直边。

垂直度检测的具体步骤：

第一步，建立坐标系，与导轨阴榫阳榫尺寸检测方法步骤一相同。

第二步，获得数据，与导轨阴榫阳榫尺寸检测方法步骤二相同。

第三步，对数据处，与导轨阴榫阳榫尺寸检测方法步骤三相同。

第四步，获得检测结果，根据第三步中转换后所得到的各点坐标，获取要测垂直度误差直线上各个点到长方体竖直边的距离，求出其中的最大距离和最小距离，它们之间的差就是该要测直线的垂直度误差。

Claims (1)

1.一种T型电梯导轨阴阳榫自动检测系统，其特征在于，包括计算机(11)、运动控制板卡(13)、两台伺服驱动器(14)、两台伺服电机(15)、两台二维激光传感器(12)、数字I/O板卡(16)和物流机构(17)，其中：

所述计算机(11)与所述运动控制板卡(13)相连，向所述运动控制板卡(13)输出脉冲量，所述脉冲量决定二维激光传感器(12)的移动距离；

所述运动控制板卡(13)与所述两台伺服驱动器(14)相连，将所述计算机(11)输出的脉冲量转化为所述两台伺服驱动器(14)的输入脉冲信号，同时接收所述两台伺服驱动器(14)的反馈脉冲信号；

所述两台伺服驱动器(14)分别与所述两台伺服电机(15)相连，将所述输入脉冲信号转换为所述两台伺服电机(15)的输入电压信号，同时接收所述伺服电机(15)的反馈脉冲信号并将脉冲信号发送给所述运动控制板卡(13)；

所述两台伺服电机(15)通过丝杠分别与所述两台二维激光传感器(12)相连，所述两台伺服电机(15)带动所述两台二维激光传感器运动(12)；

所述两台二维激光传感器(12)中，其中一台二维激光传感器(12)分布在导轨的阴榫端，用于获取导轨阴榫的检测数据；另一台二维激光传感器(12)分布在导轨的阳榫端，用于获取导轨阳榫的检测数据；所述计算机(11)与所述两台二维激光传感器(12)通过线缆相连，读取所述两台二维激光传感器(12)的检测数据；

所述计算机(11)与所述数字I/O板卡(16)相连，读入和输出数字I/O信号；

所述数字I/O板卡(16)与所述物流机构(17)相连，读取所述物流机构的输入信号，同时给所述物流机构发出控制信号；

所述物流机构(17)的用于输送和固定待检测的电梯导轨，并给计算机(11)发送待检测导轨到位信号；计算机(11)包括人机交互模块、通信模块、数据处理模块、数据存储模块、辅助功能模块；

人机交互模块用于运行状态的监控、测量结果的显示以及交互操作；

通信模块用于获取二维激光传感器(12)采集的待检测导轨阴榫和阳榫的检测数据，以及与物流机构(17)通信；

数据处理模块用于处理二维激光传感器(12)获取的检测数据以得到待检测导轨阴榫和阳榫的尺寸信息和垂直度误差；

数据存储模块用于将检测合格的导轨数据进行存储；

物流机构(17)包括PLC、触摸屏、接近开关、电磁铁、电机；

当待检测的导轨到达检测位置后，物流机构(17)获得待检测导轨到达检测位置的信号，并将待检测导轨到达检测位置的信号通过数字I/O板卡(16)发送给计算机(11)；然后计算机(11)向运动控制板卡(13)发出控制两台二维激光传感器(12)到达各自指定位置所需的脉冲量，运动控制板卡(13)将所述脉冲量转化为脉冲信号后分别给送给两台伺服驱动器(14)，两台伺服驱动器(14)根据所获取的脉冲信号分别控制相应伺服电机(15)运动，两台伺服电机(15)通过丝杠分别带动相应的二维激光传感器(12)移动到达指定位置；在伺服电机(15)拖动二维激光传感器(12)移动的过程中，计算机(11)读取两台二维激光传感器(12)分别采集的待检测导轨阴榫和阳榫的检测数据以及所述二维激光传感器(12)当前的位置数据，并根据所述检测数据和位置数据，计算获得待检测导轨阴榫和阳榫的尺寸信息和垂直度，然后将所述计算获得的尺寸信息和垂直度与预先设定的判断标准进行比较，若所述计算获得的尺寸信息和垂直度符合所述预先设定的判断标准，则认为待检测导轨属于合格产品，保存所述计算获得的尺寸信息和垂直度，向物流机构(17)发出导轨合格信号，物流机构(17)将合格导轨输送到合格区；若所述计算获得的尺寸信息和垂直度不符合所述预先设定的判断标准，则认为待检测导轨属于不合格产品，向物流机构(17)发出导轨不合格信号，物流机构(17)将不合格导轨输送到不合格区；

所述导轨阴榫和阳榫的检测数据包含导轨阴榫和阳榫表面上各个点的坐标信息；

所述计算获得导轨阴榫和阳榫尺寸的方法为：

第一步，建立三维坐标系，将二维激光传感器(12)激光束的宽度方向和深度方向分别设定为三维坐标系的x方向和z方向，将二维激光传感器(12)沿着垂直于激光束运动的方向设定为y方向；

第二步，通过移动二维激光传感器(12)，获得当前阴榫和阳榫上各个点的x坐标和z坐标，同时，计算机(11)通过向运动板卡(13)发送指令读取当前二维激光传感器(12)在y方向的位置；

第三步，根据第二步获得的坐标信息，计算获得导轨阴榫和阳榫的各部的分尺寸；

所述计算垂直度误差的方法为：

在所述三维坐标系中，获取要测垂直度误差直线上各个点到参考物体竖直边的距离，求出其中的最大距离和最小距离之间的差即为垂直度误差。